Microondas Fotónica sistemas basados ​​en resonadores-gallery-mode Whispering

El objetivo general de este procedimiento es generar peines de frecuencia óptica utilizando el modo Whispering Gallery, resonadores de disco para aplicaciones fotónicas de microondas. El primer paso es esmerilar y pulir el borde de un disco cristalino hasta que la escala de su rugosidad superficial sea subnanométrica. El segundo paso es medir esta rugosidad de la superficie utilizando un microscopio interferómetro AAU.

A continuación, se extrae una fibra óptica monomodo mientras se calienta con el soplete para obtener una fibra cónica con un diámetro de escala micrométrica. El paso final es usar el cono para acoplar la luz láser en el resonador de disco y excitar un modo de galería susurrante cuya trayectoria de luz de ida y vuelta corresponde a un número entero de reflexiones internas totales. En última instancia, la potencia de la bomba aumenta y otros modos de galería susurrantes se excitan a través de la no linealidad de cuidado.

Esto conduce a pulsos cortos en el dominio temporal y un peine de frecuencia en el dominio de la frecuencia. La prueba en el uso de un disco cristalizado pulido mecánicamente es que es posible lograr una calidad rápida de superficie muy alta con una pequeña absorción interna. La resistencia de la superficie se puede utilizar con precisión utilizando un perfilómetro óptico personalizado, y el factor C relacionado utiliza los métodos cavi para lanzar la luz a los originadores de disco.

Utilizamos fibras tipo fabricadas en nuestro laboratorio. A diferencia de otros métodos. Las fibras tipo proporcionan la eficiencia de acoplamiento muy alta necesaria para desencadenar efectos no lineales.

A baja potencia de bombeo, la no linealidad del cuidado induce nuevas frecuencias como potencia láser suficientemente alta que conduce a una columna de frecuencia óptica. Para frecuencias correlacionadas de fase, se pueden generar microondas confiables, que usamos para aplicaciones de fotonix. El primer paso en este protocolo es producir un resonador.

Comience con fluoruro de magnesio cristalino de ventana óptica o fluoruro de calcio. En este caso, se utiliza un disco de fluoruro de calcio de seis milímetros de diámetro. El cristal será moldeado y pulido en una torre de pulido como la que se hizo a medida para este experimento.

Las muestras en esta torre de pulido están unidas a una varilla que está sujeta por el pegamento del motor del husillo, el extremo de la varilla al centro de la ventana óptica cristalina, monta la varilla en el motor del husillo. A continuación, cubra una guía metálica en forma de V con una almohadilla de soporte de pulido adecuada al cristal utilizado. Tome una mezcla preparada de un polvo abrasivo, como diamante o carburo de silicio con un tamaño de partícula de 10 micras y agua, y viértala sobre la almohadilla en la guía.

Inicie la rotación del cristal a aproximadamente 5, 000 RPM y mueva la guía hacia el cristal giratorio para comenzar a molerlo a 20 gramos. Presión Continúe moliendo hasta que el cristal tenga una forma convexa como en esta imagen generada por computadora. Esto puede tardar entre dos y cuatro horas, dependiendo del material.

Después de dar forma al cristal, el siguiente paso es el pulido y el pulido. Utilizando partículas abrasivas cada vez más pequeñas mezcladas con agua en la guía, el proceso completo dura de cuatro a ocho horas. A medida que avanza el esmerilado y el pulido, es importante obtener información sobre el estado de la superficie.

Inicialmente, cuando el cristal es opaco, use un microscopio óptico para la inspección visual. La superficie debe permanecer libre de defectos con una rugosidad en la escala del tamaño de grano del abrasivo. Más tarde, después de un pulido exitoso con partículas de una micra, el cristal se vuelve transparente y se ha alcanzado un pulido óptico en etapas posteriores con abrasivos más pequeños, se requieren mediciones interferométricas para caracterizar la superficie.

Utilice un microscopio equipado con el objetivo de interferómetro de moral para estudiar cualitativamente las variaciones de altura de la superficie a través de los patrones de interferencia observados en el objetivo de moral. La mitad de la luz incidente se dirige a la superficie del disco, mientras que la otra mitad es reflejada por un espejo. La luz reflejada por el disco y la luz del espejo producen un patrón de interferencia que se utiliza para caracterizar la superficie del disco.

Esta imagen interferométrica proviene de una superficie que ha sido pulida con polvo de una micra. Presenta importantes variaciones de altura. Esta imagen es de una superficie que ha sido pulida con polvo de 100 nanómetros.

Indica una superficie mucho más lisa. Para una caracterización más detallada, utilice una medición controlada por computadora de las variaciones de altura de la superficie en un área pequeña. Esta imagen se completó en aproximadamente una hora y cubre aproximadamente 0,25 milímetros cuadrados.

El esmerilado y el pulido deben continuar hasta que los datos interferométricos sugieran que la superficie es lo más lisa posible. Con el fin de acoplar la luz al disco. Un cono se dibuja en una fibra óptica.

Cuando se estira el cono, el diámetro de la fibra en el cono se reduce de 125 micras a una micra. Los modos de orden superior se excitan progresivamente e interfieren entre sí. Se llega a un punto crítico.

Cuando se expulsan estos modos de orden superior, solo un modo permanece guiado y su campo evanescente se puede usar para acoplar la luz en el disco para crear la fibra óptica para el acoplamiento al resonador. Comience con aproximadamente un metro de fibra de sílice monomodo. Empalme la fibra desnuda a los conectores FC en cada lado.

Pele unos cinco centímetros del recubrimiento de plástico y polímero de la sección central de una fibra de sílice monomodo. A continuación, conecte un extremo de la fibra a una fuente láser de infrarrojo cercano de onda continua y el otro a un fotodiodo. Esto permite el monitoreo de la fibra.

A continuación, fije una parte recubierta a cada lado de la región pelada de la fibra a un motor de alta resolución controlado por computadora. Los motores deben ser controlados por computadora y configurados para tirar de los extremos en direcciones opuestas a una aceleración constante. Ahora, caliente la parte sin recubrimiento de la fibra con un soplete durante aproximadamente un minuto.

Las llamas deben ser suaves para evitar dañar el cono en evolución. Después de un minuto, mientras aún aplica una llama, use una interfaz de computadora de los motores para iniciar cada uno de ellos en movimiento con una aceleración constante de aproximadamente cinco micras por cuadrado. En segundo lugar, una vez que haya comenzado el dibujo, controle la transmisión del cono utilizando la fuente láser y el fotodiodo.

Los patrones de interferencia IOD aparecerán durante el proceso, aumentarán en frecuencia y luego desaparecerán para un diámetro de residuo cercano a una micra. En este punto, detenga tanto el movimiento del motor como la llama inmediatamente para acoplar la luz al resonador y medir los modos de agan de la cavidad. El resonador y el cono de fibra deben acercarse entre sí bajo un microscopio.

Fije el resonador en una etapa de traducción controlada por PAO de tres ejes en las proximidades del cono de fibra mientras usa el microscopio para monitorear la posición relativa del resonador y el cono de fibra. Mueva el resonador a una distancia de menos de una micra del cono. Emplee un espejo para ayudar con el posicionamiento vertical y el ángulo de inclinación para probar el acoplamiento de la fibra y el resonador.

Conecte la fibra cónica a un diodo láser visible. Cuando el acoplamiento es eficiente, el resonador debe estar iluminado. Una vez que se haya logrado un acoplamiento eficiente, reemplace el diodo láser visible con un láser sin saltos que se haya alineado con más estrecho que el de la resonancia.

El otro extremo del cono debe estar conectado a un fotodiodo que esté conectado a un osciloscopio. Cuando la luz entra en la cavidad, su intensidad disminuye exponencialmente con el tiempo. El tiempo de desintegración característico se denomina vida útil del fotón.

Una medida importante de la capacidad de almacenamiento de energía del resonador es el factor de calidad definido como el producto de la vida útil del fotón y la frecuencia angular del fotón. Se puede realizar una medición precisa del factor de calidad con el experimento del anillo de cavidad para realizarlo. Barre el láser de entrada a través de longitudes de onda lo suficientemente rápido como para causar interferencia entre la luz resonante que decae en la cámara y la luz desafinada de un tiempo posterior.

A continuación, ajuste la posición del resonador y el cono para maximizar el factor de calidad del acoplamiento. Utilizando la traza del osciloscopio como guía, el factor de calidad se encuentra ajustando la curva medida. Los efectos no lineales se pueden ver insertando un amplificador óptico entre el láser sintonizable y el resonador.

Usando la traza del osciloscopio de fotodiodo para obtener retroalimentación, ajuste el láser a una longitud de onda de entrada cercana a la resonancia. En este punto, conecte la fibra de salida a un analizador de espectro óptico de alta resolución. Aumente la potencia de entrada del láser mientras desafina ligeramente la longitud de onda de la bomba.

Aparecerán nuevas frecuencias a cada lado del pico de la bomba. Este es un peine de frecuencia óptica de cuidado. En este gráfico de la transmisión en función del tiempo, el rastro en azul se encontró utilizando la técnica del anillo de cavidad en un resonador de modo galería susurrante fabricado a partir de fluoruro de calcio.

Con los métodos de este protocolo, la curva roja es la curva ajustada a partir de la cual se puede determinar un factor de calidad intrínseco de 1,5 por 10 al noveno. Estos datos muestran el peine de frecuencia óptica de cuidado obtenido para un resonador en modo galería susurrante. La frecuencia central es la del láser de entrada, unos 193,3 terahercios.

Las otras líneas espectrales son creadas por las interacciones no lineales en el resonador. La frecuencia entre cada línea espectral es de seis gigahercios, lo que corresponde al rango espectral libre del resonador. Después de ver este video, debe tener una buena comprensión sobre cómo fabricar el modo de galería de susurros ultra HighQ, los resonadores, cómo acoplarlos a la bomba láser usando una fibra cónica y cómo generar una composición de frecuencia óptica.

Estos métodos permiten la investigación de las interacciones fundamentales entre la luz y la materia inducidas por campos láser fuertemente confinados en medios no lineales, una exploración de una amplia variedad de aplicaciones tecnológicas. No olvide tomar precauciones como mascarillas, pegamentos y gafas de seguridad láser certificadas mientras realiza este procedimiento.